THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN LY HỢP XE KHÁCH

Như vậy saukhi làm xong đồ án, sinh viên đã nắm được phương pháptính toán các cơ cấu của ly hợp và dẫn động ly hợp trên cơ sở xác định các thông số, các cách tính một cách hợplý dựa theo

Lời nói đầu

Ngày nay, với nền công nghiệp phát triển ngày cànghiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống củacon người càng được nâng cao Vấn đề vận chuyển hànghóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rấtcần thiết Ô tô là một loại phương tiện rất phát triển vàphổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đápứng cho nhu cầu đó Trong các loại ôtô, xe khách là phươngtiện chủ yếu dùng để chuyên chở người với khoảng cáchtương đối dài

Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu,nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộ phận, cụm máy,chi tiết trong xe khách là rất thiết thực và bổ ích Trongkhuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em đượcgiao nhiệm vụ thiết kế và tính toán ly hợp xe khách Côngviệc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việcthiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng chothực tế, đồng thời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiếnthức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê VănTụy và sự nổ lực của bản thân, sau một khoảng thời giancho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình Vì bướcđầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránhkhỏi những sai sót, nhầm lẫn Do vậy, em rất mong cácthầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiệnhơn trong quá trình học tập của mình

Hòa Khánh, ngày 15 tháng10 năm 2002

Sinh viên thực hiện

Lê Minh Tiến

1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHOTRƯỚC:

1.1 Công dụng:

Đồ án môn học Tính toán và thiết kế Ôtô nhằm giúp

cho sinh viên hiểu rõ hơn về môn học Từ đó sinh viên từngbước xây dựng cho mình một phương pháp tính toán thiếtkế ôtô

Theo nhiệm vụ được giao trong đồ án này, sinh viênphải tính toán và thiết kế ly hợp xe khách Như vậy saukhi làm xong đồ án, sinh viên đã nắm được phương pháptính toán các cơ cấu của ly hợp và dẫn động ly hợp trên

cơ sở xác định các thông số, các cách tính một cách hợplý dựa theo các tài liệu đã học và các tài liệu khác cóliên quan Nhờ đó, sinh viên có được một phương pháp tínhtoán, lựa chọn và tham khảo riêng của mình để tính toánthiết kế các phần khác của ôtô

Vì thế, đồ án môn học là một phần không thể thiếutrong các môn học về ôtô đối với sinh viên ngành độnglực Ngoài ra nó còn là một tài liệu bổ ích đối vớinhững người làm công tác kỹ thuật về ngành ôtô

1.2 Yêu cầu:

Khi làm đồ án môn học này, sinh viên cần phải nắmvững các kiến thức đã học của môn học Tính toán vàthiết kế Ôtô và các môn học khác có liên quan

Hình thức, nội dung thuyết minh và các bản vẽ phảituân thủ đúng theo quy định của bộ môn đề ra

Sinh viên phải hoàn thành đồ án này đúng tiến độ vàđúng thời gian quy định Nếu không thực hiên đúng sinh viênsẽ không được bảo vệ.

1.3 Các thông số kỹ thuật cho trước:

Theo nhiệm vụ của đồ án được giao, ta có các thông số kỹ thuật sau:

5 Số vòng quay ứng với công

suất cực đại

N

phút

7 Số vòng quay ứng với

2 PHÂN TÍCH CHỌN LOẠI LY HỢP VÀ DẪN ĐỘNG LY HỢP:

2.1 Chọn loại ly hợp:

Ly hợp là bộ phận quan trọng dùng để nối, ngắt

truyền động từ trục động cơ đến hệ thống truyền lực, ngoài ra còn là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực

Từ hai nhiệm vụ trên có các yêu cầu đối với ly hợp :

Đảm bảo truyền hết mômen quay của động cơ trong bất kỳ điều kiện sử dụng nào.

Đóng êm dịu để tăng từ từ mômen quay lên trục của hệ thống truyền lực, không gây va đập và tải trọng động lên các bánh răng của hộp số Do đó khi ôtô khởi động hoặc tăng tốc không bị giật làm giảm độ êm dịu chuyển động cho ôtô

Mở dứt khoát để làm cho quá trình đồng đềutốc độ của đồng tốc được nhanh chóng Do đó viêcgài số được nhanh chóng

Mômen quán tính các chi tiết phần bị động của lyhợp phải nhỏ để giảm va đập giữa các bánh răng khisang số và giảm mài mòn các bề mặt ma sát củađồng tốc

Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn đểtránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải Mômen masát không được lớn quá để tránh xảy ra hiện tượnggãy trục các đăng

Ngoài ra còn có các yều cầu khác:

Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bànđạp vừa phải

Hệ số ma sát cao và ổn định

Thoát nhiệt tốt, bền vững

Làm việc tin cậy, hiệu suất cao

Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sửa chữa, bảodưỡng đơn giản

Giá thành không cao lắm

Tùy theo cánh truyền mômen quay từ trục động cơđến hệ thống truyền lực mà có các loại ly hợp sau:

Ma sát: Truyền mômen quay bằng các bề mặt masát.

Thủy lực: Truyền mômen quay bằng chất lỏng.Nam châm điện: Truyền mômen quay nhờ tác dụngcủa trường nam châm điện

Liên hợp: Truyền mômen quay bằng cách kết hợpcác loại kể trên

Các loại ly hợp này, tùy theo từng loại mà nó cónhững ưu nhược điểm khác nhau Ta dựa vào các điềukiện này mà chọn cho hợp lý

Ly hợp ma sát: có hai loại:

Loại một đĩa: Ly hợp ma sát một đĩa bị động

với tính đơn giản trong kết cấu cũng như đơn giảntrong bộ phận dẫn động, thoát nhiệt tốt, mở dứtkhoát, mômen của các chi tiết thụ động bé, giá thànhrẻ Tuy nhiên khi làm việc dễ bị trượt do bị mòn cácbề mặt ma sát và việc điều chỉnh khe hở giữa cácbề mặt ma sát khó khăn, thời gian phục vụ không cao.Khi làm việc cũng có trường hợp xảy ra là không cắtdứt khoát đường truyền công suất do độ đảo của cáctấm ma sát Tăng hành trình của bàn đạp (hay hànhtrình điều khiển) Kích thước của các chi tiết tăng lênnhư trục bị động của ly hợp (trục sơ cấp của hộpsố)

Loại hai đĩa: Như loại một đĩa, ngoài ra do có

nhiều đĩa cùng làm việc nên khi đóng ly hợp các bềmặt ma sát làm việc một cách từ từ, do đó đóngđược êm dịu nhưng khi cắt ly hợp không được dứt

khoát Viêc định vị các đĩa ma sát khi cắt ly hợp khókhăn (đặc biệt là đĩa trung gian).

Ly hợp thủy lực:

Ưu điểm của loại ly hợp này làm việc rất êm,không cần bàn đạp ly hợp Thời hạn phục vụ cao,động cơ vẫn ổn định khi sức cản của đường quá lớn.Nhược điểm chính trong việc áp dụng thực tế là lyhợp cắt không hoàn toàn, trong quá trình làm việc luônluôn bị trượt, kết cấu phức tạp, khó bảo dưỡng, giáthành sản xuất cao

Ly hợp điện từ:

Ưu điểm của loại ly hợp này là rất êm, cắt dứtkhoát, độ tin cậy cao, tuổi thọ rất cao Tuy nhiên kếtcấu rất cồng kềnh, giá thành sản xuất cao

Ta thấy rằng đối với loại xe khách không yêu cầu caovề độ êm dịu, tính tiện nghi, thời hạn phục vụ còn giáthành thì phải không quá cao Do đó, qua phân tích trên tachọn loại ly hợp ma sát có 1 đĩa bị động là hợp lý

2.2 Chọn loại dẫn động:

Trên ôtô máy kéo hiện nay đã sử dụng một số dạngdẫn động ly hợp sau:

Dẫn động cơ khí

Dâîn động thuỷ lực

Việc dùng dẫn động cơ khí có nhiều ưu điểm như :đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy Tuy nhiên hiệu suấttruyền lực thấp, làm việc trong một thời gian dài do cómài mòn các khớp dẫn động dẫn đến tăng trị số hànhtrình bàn đạp tự do (phải điều chỉnh lại bằng tay), độcứng của dẫn động thấp hơn so với dẫn động thuỷ lực

do nhiều khe hở trong các khâu khớp Khó lắp đặt, nhất làloại xe đầu ngắn.

Với ly hợp thuỷ lực có các nhược điểm như : kếtcấu phức tạp, giá thành cao, sử dụng và sửa chữa phứctạp hơn Bên cạnh đó dẫn động thủy lực cũng có mộtsố ưu điểm như: hiệu suất cao, độ cứng cao, dể lắpđặt (nhờ có thể sử dụng đường ống và các khớp nốimềm), truyền động xa Có khả năng hạn chế tốc độ dịchchuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tảitrọng động

Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng,giảm cường độ lao động cho người lái và tăng tính tiệnnghi, người ta còn dùng trợ lực khí nén, trợ lực chânkhông hoặc trợ lực thủy lực

Như vậy, đối với ly hợp cần thiết kế, ta chọn dẫnđộng là dẫn động thủy lực Do tải trọng của xe lớn ( G a

= 10000KG) nên hệ thống dẫn động có thể có trợ lựctùy theo ta tính toán

H.2.1 Sơ đồ ly hợp và dẫn động ly hợp (có trợ lực khí

nén)

1: Bánh đà 2: Đĩa bị động 3: Đòn mở 4: Giá tùy động.5: Bạc mở và ổ bi tỳ 6: Lò xo hồi vị và ổ bi tỳ 7: Xi lanhcông tác 8: Xi lanh trợ lực 9: Cơ cấu phân phối 10: Đườngthông khí trời 11: Buồng tỷ lệ 12: Màng tỷ lệ 13: Xilanhdẫn động cơ cấu trợ lực 14: Bình khí nén 15: Bàn đạp.16: Xilanh chính 17: Tiết lưu 18: Nạng mở 19: Ống trượt.20: Đĩa ép

3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP:

3.1 Xác định bán kính ngoài R 2:

Việc xác định bán kính ngoài phải dựa theo ba điềukiện sau:

Đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen quay củađộng cơ

Đảm bảo tuổi thọ cần thiết

Phải lắp ghép được với vành bánh đà.

Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ thì ly hợp phải sinh ra được một mômen ma sát luôn luôn lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của

động cơ trong suốt quá trình sử dụng Để đảm bảo điều kiện này, mômen ma sát Mms của ly hợp được xác định

theo công thức:

M ms=β M e max [N.m] (theo [I] trang 47) (3.1)

Trong đó:

M ms : mômen ma sát sinh ra trong ly hợp

(mômen yêu cầu)

b: hệ số dự trữ, tính đến các yếu tố làmgiảm lực ép hoặc làm giảm mômen ma sáttrong quá trình sử dụng chẳng hạn như:

Mòn vòng ma sát làm giảm lực ép:(15¸20)%

Giảm độ đàn hồi của lò xo ép: (8¸10)%Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảmkhoảng (23¸30)%, b được chọn không được nhỏ quá, tuyvậy cũng không được lớn quá Nếu b lớn thì phải tăng lựcép cho nên phải tăng lực điều khiển ly hợp sẽ làm cho kíchthước ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn

Theo kinh nghiệm đối với xe khách:

b =(1,6¸2,2)

Ta chọn chọn b = 2

Phương trình (3.1) có thể được viết như sau:

M ms=β M e max=μ P R tb Z ms [N.m] (theo [I] trang 48) (3.2)

Trong đó :

m: hệ số ma sát.

Zms: số lượng đôi bề mặt ma sát, vì có 1đĩa ma sát nên Zms=2

P: lực ép cần thiết lên các đĩa ma sát; [N]

Rtb-bán kính ma sát trung bình (bán kính củađiểm đặt lực ma sát tổng hợp); [m]

Bán kính trung bình vòng ma sát được xác định theocông thức:

R2: bán kính vòng ngoài của đĩa ma sát, [m]

R1: bán kính vòng trong của đĩa ma sát, [m].Thường ở ôtô máy kéo hay dùng các bề mặt ma sátthép với phêrađô đồng có hệ số ma sát khô lớn nhất là0,35 nhưng tính đến những điều kiện nhiệt độ, tốc độtrượt tương đối làm giảm hệ số đó đi, cho nên hệ số masát khi tính toán theo kinh nghiêm là:

p: áp suất trên bề mặt ma sát, [kN/m2]

[q]: áp suất cho phép lên bề mặt ma sát

Đối với bề mặt ma sát là thép và phêrađôthì [q]=100¸250[kN/m2] (theo [I] trang 50).Chọn [q]=130[kN/m2].

F: diện tích bề mặt tấm ma sát, [m2]

Từ (3.4) ta suy ra:

P≤[q ] π (R22−R12) [N] (3.5)Vậy, từ (3.2), (3.3) và (3.5) ta suy ra:

Vậy R2=200[mm].

3.2 Bán kính trong của đĩa bị động R 1:

Bán kính trong của đĩa bị động được xác định từ Kr:

R1 = Kr.R2 [m]

Thay số ta có:

R1=0,6.0,2 = 0,12 [m]

Vậy R1=120[mm]

3.3 Bán kính trung bình của đĩa ma sát R tb:

Theo công thức (3.3), thay số vào và ta tính được:

3.5 Chiều dày tấm ma sát dms:

Đối với xe tải và xe khách chiều dài tấm ma sát dms =

Thay số vào, ta tính được:

b = 0,2 - 0,12 = 0,08 [m]

Vậy b=80 [mm]

3.7 Diện tích bề mặt tấm ma sát F ms:

Diện tích bề mặt tấm ma sát : Fms

Fms = p(R22 - R1 ) [m2]Thay số, ta có:

Fms = 3,14(0,22 - 0,122) = 0.080425 [m2] Vậy Fms=80425[mm2]

4 TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG VÀ KÍCH THƯỚC ĐĨA ÉP:

4.1 Tính công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly

H.4.1 Mô hình động cơ - truyền lực và đồ thị tốc độ góc

Khi đóng ly hợp có hiện tượng trượt ở thời gian đầu

cho đến khi nào đĩa chủ động và đĩa bị động quay như

một hệ thống động học liền Khi các đĩa bị trượt sẽ sinh

ra công ma sát làm nung nóng các chi tiết của ly hợp lên quánhiệt độ làm việc bình thường, làm hao mòn các tấm masát và nguy hiểm nhất là các lò xo ép bị ram ở nhiệt độnhư vậy, mất khả năng ép Vì thế việc xác định công masát trong thời gian đóng ly hợp là một điều cần thiết.

Trong quá trình gài số ôtô tuỳ theo sự đổi số từthấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp mà quá trình gài cóthể tiến hành khác nhau

Khi đổi từ số thấp lên số cao, tốc độ góc của trụckhuỷu động cơ trong khi đóng ly hợp cao hơn tốc độ góccủa trục sơ cấp hộp số, vì vậy mômen quay của động cơ

Me không nên lớn để tránh tăng công trượt

Khi đổi từ số cao xuống số thấp tốc độ góc củatrục khuỷu động cơ có thể thấp hơn tốc độ góc trục sơcấp trong trường hợp này khi đóng ly hợp cần phải cómômen Me nào đó của động cơ để làm đồng đều các tốcđộ góc nói trên

Nhưng ở hai trường hợp nói trên tuỳ theo kỹ thuật củangười lái tốc độ góc của trục khuỷu và trục sơ cấp củahộp số có thể đồng đều, nghĩa là e @ iha động cơ đócông trượt sẽ giảm đến tối thiểu

Khi ôtô bắt đầu chuyển động, sự đồng đều nói trênkhông thể thực hiện được, vì e> 0 và a = 0 trong trườnghợp này công trượt sẽ cực đại Ta sẽ tính công trượttrong trường hợp này

Diễn biến quá trình đóng ly hợp hợp gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn đầu với thời gian t 1: lúc này mômen quaycủa ly hợp hợp tăng từ giá trị 0 đến giá trị Ma ,thời điểm này ôtô bắt đầu khởi động tại chổ.

Giai đoạn tiếp theo với thời gian t 2: là giai đoạnmômen quay của ly hợp Ml bắt đầu tăng lên đếnkhi không còn sự trượt xảy ra (tức là lúc ω e=ω a

ω bx : vận tốc góc của bánh xe, [rad/s].

v: vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe,[m/s]

ω a : vận tốc góc tại trục của ly hợp,

rbx: bán kính lăn của bánh xe, rbx=0,45 [m].

g: gia tốc trọng trường, lấy g=9.81[m/s2]

Thay số ta có:

Ja = (10.000.9.819.81 ) ((0 ,45 )7,5.5,52)2=1,19[ N m s2]Vậy Ja=1,19[N.m.s2]

4.3 Mômen cản chuyển động qui dẫn về trục ly hợp Ma:

Ma = [Gay + KFv2]

r bx

i h i0.η tl [N.m] (theo [I] trang 44) (4.2)

Trong đó:

Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe, [N]

K: hệ số cản khí động, [N.s2/m4]

F: diện tích cản chính diện của xe, [m2]

htl: hiệu suất truyền lực, η tl=0, 89 (theo [II]trang 15)

ψ : hệ số cản tổng cộng của đường Taxét khi xe bắt đầu chyển động trên đường

L1 = Ma

ω m−ω a

2 t1 [J] (theo [I] trang 46)

L2: công trượt ở giai đoạn thứ hai, trong khoảngthời gian là t2 Công này dùng để tăng tốc vàthắng sức cản của xe

Vậy, công trượt toàn bộ của ly hợp sẽ là:

k: hệ số tỷ lệ, đặc trưng cho nhịp độ tăng

ma sát của ly hợp khi đóng ly hợp Ta có

k =(150÷750) [N.m/s] (theo [I] trang 46), ta chọn

k= 200[N.m/s]

A được xác định theo công thức sau:

A= √ 2.Ja( ωe− ωa) (theo [I] trang 46)Tốc độ góc của trục động cơ khi đóng ly hợp có thểthừa nhận không đổi và bằng tốc độ góc ứng với tốcđộ góc cực đại của trục động cơ Rõ ràng ta thấy côngtrượt tăng khi hiệu số (e - a) tăng Giá trị lớn nhất củahiệu số này xảy ra khi a = 0 Tốc độ góc của trụcđộng cơ:

4.6 Tính đĩa ép:

Sự hao mòn các tấm ma sát của ôtô máy kéo chịu

ảnh hưởng lớn bởi sự nung nóng các chi tiết Vì các tấm

ma sát có độ đẫn nhiệt rất kém cho nên có thể coi tất cảnhiệt phát sinh khi ly hợp sẽ truyền cho các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với các tấm ma sát cụ thể là các đĩa ép Thời gian trượt thường không lớn cho nên sự thoát nhiệt ramôi trường trong thời gian ấy cũng không đáng kể Bởi thế các chi tiết tiếp thu nhiệt trong thời gian ly hợp bị trượt phải có khối lượng lớn để đảm bảo tiếp thu được lượngnhiệt phát sinh khi ly hợp bị trượt mà nhiệt độ của chi tiết ấy sẽ không tăng lên nhiều đểï không làm ảnh hưởng nhiều đến sự làm việc của tấm ma sát (cụ thể không làm ảnh hưởng đến hệ số ma sát m và không gây nên sự cháy cục bộ các tấm ma sát)

Do bánh đà có kích thước lớn nên khả năng tải nhiệttốt nên không cần tính mà ta chỉ tính cho đĩa ép Vì trên đĩaép còn bố trí các lò xo ép, nếu nhiệt độ đĩa ép tăng lênquá mức cho phép thì sẽ làm thay đổi độ cứng của lò xoép

Công trượt lớn nhất sinh ra khi xe khởi hành, cho nên tatính toán ly hợp hợp theo điều kiện của xe lúc khởi hànhđể đảm bảo sự làm việc ổn định của ly hợp

Nhiệt độ tăng lên của đĩa ép khi tiếp xúc trực tiếpvới tấm ma sát trong thời gian ly hợp bị trượt được xácđịnh theo công thức:

DT =

νLL c.md [oC] (theo [I] trang 55)